Dati PCB - Progettazione di controller per perforatrice per schede PCB per I²C e doppio ARM

Questo articolo presenta circuiti stampati Controllore della pressa per trapano basato su bus I²C e microcontrollori doppi ARM. Il controller è composto da due parti: sistema di interazione uomo-computer e sistema di controllo del movimento, che sono collegati tramite autobus I²C. Questo articolo discute la struttura hardware e le relative tecnologie chiave del sistema di controllo, e introduce la progettazione software del sistema di interazione uomo-computer basato su μC/Sistema operativo in tempo reale OS-II e progettazione software del sistema di controllo del movimento della macchina utensile a tempo determinato.

1 Introduction
The circuiti stampati La macchina di perforazione è un'attrezzatura importante nella produzione di circuiti stampati. Con il miglioramento dei requisiti di elaborazione dei prodotti elettronici, Il controller di perforazione PCB basato su microcontrollore di fascia bassa è stato difficile soddisfare i requisiti. ARM7TDMI è una struttura a microcontrollore RISC a 32 bit proposta da ARM Corporation alla fine del XX secolo. I chip basati su questo nucleo sono ricchi di varietà e hanno le caratteristiche di alta velocità di esecuzione, basso consumo energetico e basso prezzo. Questo documento introduce un controller della macchina di perforazione PCB basato sulla struttura doppia ARM, che non solo risolve le carenze delle basse prestazioni dei tradizionali sistemi di controllo delle macchine di perforazione di bassa qualità, ma ha anche un'alta economia. È un regolatore ideale per le macchine di perforazione PCB. Il sistema di controllo numerico è diviso secondo la struttura, generally there are single CPU and multi-CPU points [5]. Una singola CPU utilizza generalmente un processo di condivisione del tempo di controllo centralizzato per completare vari compiti del sistema CNC. Ha le caratteristiche di struttura compatta, ma la funzione è relativamente semplice. Il sistema CNC con struttura multi-CPU adotta l'elaborazione parallela multi-CPU, che può rendere il sistema raggiungere prestazioni superiori. Più CPU utilizzano generalmente un bus condiviso o una memoria condivisa per comunicare. L'oggetto di controllo del regolatore della macchina di perforazione è più complicato: ha bisogno di controllare 4 set di servo sistemi CA MINAS Panasonic, 4 motori mandrini, 9 ingressi switch e 11 uscite relè. Se il controller adotta una singola struttura CPU, il controller deve espandere più hardware, che aumenta il costo del sistema e riduce l'affidabilità del sistema; se il controller adotta una struttura dual CPU, Il controller può essere progettato gerarchicamente in base alle funzioni: I compiti del sistema di interazione uomo-computer sono consegnati a una CPU, mentre il controllo del movimento della macchina utensile viene consegnato ad un'altra CPU. In questo modo, la quantità di hardware di espansione esterna è ridotta, il costo è ridotto, e l'affidabilità è migliorata.

2. The hardware design of the controller
The controller consists of a system board and an interface board: the system board is composed of LPC2214 and S3C44B0X and their related peripheral circuits, ed è il titolare del trattamento; La scheda di interfaccia è principalmente responsabile dell'azionamento e della corrispondenza di livello tra la scheda di sistema e gli apparecchi elettrici della macchina utensile.

2.1 Hardware Design of Controller System Board
The controller system board consists of two subsystems: human-computer interaction system and machine tool motion control system. Il sistema di interazione uomo-computer e il sistema di controllo del movimento macchina utensile scambiano dati attraverso il bus I²C. Il bus I²C è un bus seriale proposto da Philips, che ha le caratteristiche di connessione hardware ad alta velocità e semplice, senza aggiungere hardware.

2.1.1 Hardware design of controller human-computer interaction system
The human-computer interaction system of the controller adopts S3C44B0X as an extension of a series of hardware to form a system with perfect human-computer interaction function. Il sistema espande un chip di memoria Flash tipo NOR SST39VF1601 con larghezza dati a 16 bit e 2 MB di spazio di archiviazione come memoria del programma di sistema. Al fine di migliorare la velocità di esecuzione del programma di sistema, we expanded a HY57V641620 SDRAM with 1M*4Bank*16I/O. Una volta acceso il sistema, Il programma di inizializzazione del sistema copia il programma di sistema memorizzato in SST39VF1601 a HY57V641620, e allo stesso tempo, L'area di archiviazione dei dati del programma di sistema è anche in HY57V641620, in modo che il programma di sistema possa funzionare completamente in SDRAM. Al fine di garantire che i file di foratura della macchina utensile possano ancora essere salvati dopo che la macchina utensile è stata spenta, Il sistema espande un chip NandFlash da 16MB K9F2808 come disco rigido elettronico del sistema. Dal momento che S344B0X ha il proprio controller LCD, Il sistema seleziona il modulo LCD EDMGRB8KHF tipo STN 256 colori 640x480 pixel senza controller LCD prodotto da Mitsubishi come output di informazioni sulla macchina utensile. L'input delle informazioni sul funzionamento del sistema adotta PS/2 tastiera. Il sistema trapana il file dal PC attraverso la porta seriale RS232. Al fine di facilitare il programma di debug del sistema, Il sistema di interazione uomo-computer ha progettato una porta JTAG. Alcuni parametri importanti della macchina utensile, come il passo della vite dell'asse di alimentazione della macchina utensile, l'equivalente di impulso del servo sistema AC, ecc. da salvare, Così il sistema espande un chip EEPROM 512B AT24C04 basato su bus I²C.

2.1.2 Hardware Design of Machine Tool Motion Control System
The motion control system of the machine tool is the LPC2214 microcontroller. LPC2214 ha 256KB di memoria flash e 16KB di SRAM all'interno, non è necessario espandere la memoria del programma e la memoria dei dati. Il sistema progetta una porta seriale RS232, che viene utilizzato per l'ISP del programma di sistema LPC2214. Al fine di facilitare il debug del programma, Il sistema di controllo del movimento ha progettato una porta JTAG. La struttura del circuito del sistema di controllo del movimento della macchina utensile è mostrata nella figura 1. La struttura hardware centrata su LPC2214 nella scheda di sistema del controller. Gli apparecchi elettrici della macchina utensile sono collegati direttamente con LPC2214 attraverso il circuito di interfaccia.

2.1.3 Communication between human-computer interaction system and machine tool motion control system
After processing by S3C44B0X, Le istruzioni di lavorazione del sistema CNC devono essere inviate a LPC2214 per l'esecuzione, e il risultato dell'esecuzione di LPC2214 dovrebbe essere restituito a S3C44B0X per l'elaborazione e la visualizzazione. Il sistema comunica utilizzando il bus I²C. S3C44B0X funziona in modalità master, mentre AT24C04 e LPC2214 lavorano in modalità slave. L'indirizzo slave di AT24C04 è 0xa0, l'indirizzo slave di LPC2214 è 0x50, e la velocità di I²C è 400KHz. S344B0X e LPC2214 stabiliscono ciascuno un array globale a 24 byte per la comunicazione.

3. Software Design
The software part is mainly composed of human-computer interaction system software and machine tool motion control system software. La struttura software del sistema di interazione uomo-computer è più complessa, Quindi il software trapianta μC/Sistema operativo OS-II. La struttura software del sistema di controllo del movimento della macchina utensile è relativamente semplice, ma questa parte del software ha forti requisiti in tempo reale, in modo che il software non trapianti il sistema operativo, ma è scritto in modalità time-trigger.

3.1 Human-computer interaction system software design
Human-computer interaction system software is written in a layered manner. Il software è diviso in livello di sistema e livello di applicazione. Il compito principale della progettazione dello strato di sistema è quello di trapiantare il sistema operativo embedded μC/OS-II prima, e quindi espandere il kernel del sistema operativo per formare una piattaforma semplice ed efficiente. Il design del livello di applicazione si basa su questa piattaforma per realizzare il funzionamento del file di elaborazione, la lavorazione manuale della macchina utensile, la lavorazione automatica della macchina utensile, l'impostazione dei parametri della macchina utensile e altri compiti. Lo strato di sistema viene trapiantato ed esteso sulla base di μC/kernel del sistema operativo OS-II. Il cosiddetto porting significa che il sistema operativo può funzionare su una specifica piattaforma di processore scrivendo un certo codice. Secondo la descrizione di μC/OS-II, Il porting include il porting dei codici in tre file relativi al processore: OS_CPU.H, OS_CPU_A..ASM, OS_CPU_C.C [4]. Sulla base del kernel fornito da μC/OS-II, il kernel del sistema operativo viene esteso progettando moduli driver, attività di sistema, Funzioni API del sistema operativo e moduli di pianificazione delle attività. Attraverso la progettazione e realizzazione di funzioni di interfaccia quali LCD, tastiera, K9F2808, Comunicazione bus I²C e seriale, ecc., è istituito un modulo driver per separare le funzioni API del sistema operativo dall'hardware sottostante. La parte di attività del sistema progetta tre attività di base:, Attività di lettura della tastiera, Attività di lettura e scrittura bus I²C, ed eseguire con l'avvio del sistema operativo. Sulla base delle funzioni API fornite dal livello di sistema, Lo strato di applicazione progetta i principali compiti e compiti come la lavorazione manuale, lavorazione automatica, trasferimento file, e impostazione dei parametri della macchina utensile.

3.2.LPC2214 programming
The control program structure of the machine tool motion control system is relatively simple, e i moduli del programma sono relativamente indipendenti, ma i requisiti in tempo reale sono molto elevati. Perché il sistema operativo in tempo reale incorporato occuperà parte delle risorse del sistema, influenzare le prestazioni in tempo reale del sistema, e aumentare la difficoltà di progettazione del sistema, non trapiantiamo il sistema operativo incorporato in tempo reale, ma usa un semplice metodo di pianificazione del tempo. Utilizzando questo metodo di pianificazione può rendere il programma migliore robustezza e stabilità. Il sistema utilizza il timer per generare il ritmo della pianificazione del sistema, e utilizza il timer per interrompere il programma per la pianificazione. Il sistema utilizza il timer 0 per generare il battito del sistema, e il periodo temporale è 1ms. Il sistema utilizza l'interruzione del controller PWM e quattro registri di confronto per controllare la generazione dell'impulso di alimentazione del servo sistema AC. Dividiamo i compiti in due categorie: una è periodica e l'altra è aperiodica. Ogni attività ha un blocco di controllo attività. La struttura dati del blocco controllo attività è la seguente: Il blocco controllo attività contiene informazioni importanti sull'attività pianificata: se l'attività è un'attività periodica o un'attività non periodica, e quando l'attività è in esecuzione, e il compito è pronto. logo ecc. I compiti principali del sistema di controllo sono:, Attività di controllo dell'asse di alimentazione Y, Attività di controllo dell'asse di alimentazione Z1, Attività di controllo dell'asse di alimentazione Z2, Comando motore mandrino, Attività di cambio strumento, ecc.

4 Conclusion
In the controller scheme consideration and design, consideriamo pienamente la sensibilità del sistema embedded al consumo energetico, costi e dimensioni. Il regolatore di perforazione dual ARM basato su I2C della struttura ha le caratteristiche di prestazione eccellente, elevata integrazione del sistema, prestazioni affidabili, interazione uomo-computer amichevole e buona scalabilità. Rispetto al tradizionale controller di perforazione basato su singolo chip, ha grandi prestazioni. miglioramento. Questo design fornisce una nuova idea per l'applicazione del sistema embedded nel circuiti stampati controller, e ha un buon valore di applicazione.